miércoles, 16 de junio de 2010

ELECTROCARDIÓGRAFO
Proyecto Final

Deivis Rosero Yela
Víctor Rosero Angulo


Universidad de Nariño, Facultad de ingeniería, programa de ingeniería electrónica, Pasto

Abstract: This document contains all the adequacy of a circuit that performs the function of an electrocardiograph. In short, the work was divided into three specific stages: receiving and amplifying the ECG signal through an AD620 instrumentation amplifier for conversion into a single precordial signal amplified, filtered signal using a bandpass filter containing a range of frequencies between 0.05Hz-100Hz using TL082 operational amplifiers and developing fourth-order Butterworth filter, the last stage was the reversal of the signal using an operational amplifier in inverting configuration.

Index terms: AD620, TL082 amplifier, ECG, Butterworth filter, cutoff.

Resumen: Este informe contiene toda la adecuación de un circuito que cumple la función de un electrocardiógrafo. En síntesis el trabajo se dividió en tres etapas específicas: recepción y amplificación de la señal ECG mediante un amplificador de instrumentación AD620 para transformarla en una sola señal precordial amplificada, filtrado de la señal mediante el uso de un filtro pasa-banda que contiene un rango de frecuencias de corte entre 0.05Hz-100Hz utilizando amplificadores operacionales TL082 y elaborando filtros de cuarto orden Butterworth, la ultima etapa fue la de inversión de la señal mediante un amplificador operacional en configuración inversora.

Palabras Claves: AD620, amplificador Tl082, ECG, filtros Butterworth, frecuencia de corte.

1. INTRODUCCIÓN.

En este informe se presenta toda la implementación y conceptos teóricos referentes a un electrocardiógrafo. El trabajo en general consistió en amplificar la señal electrocardiográfica mediante un amplificador de instrumentación, la elaboración de filtros: pasa-altas y pasa-bajas.

Este documento contiene: un marco teórico sobre los actuales avances, el montaje de los circuitos , diagrama de bloques, señal obtenida y resultados, materiales usados, diagrama de bloques del circuito, conclusiones y recomendaciones, referencias y anexos.

2. OBJETIVOS.

2.1. Objetivo General: Diseñar, montar y adecuar un circuito que cumpla la función de un electrocardiógrafo elemental.

2.2. Objetivos Específicos:
• Realizar un buen filtrado de la señal apropiado mediante el uso de un filtro pasa-banda Butterworth de cuarto orden.
• Realizar la etapa de la amplificación de la señal ECG mediante un AD620.
• Establecer un circuito para invertir la señal electrocardiográfica.
• Observar el funcionamiento mediante un osciloscopio digital.

3. MARCO TEÓRICO.

3.1 El Electrocardiógrafo:

Concepto: El electrocardiógrafo es un aparato electrónico que capta y amplifica las señales eléctricas o las variaciones del potencial eléctrico del corazón (fibras miocárdicas) por medio de electrodos. Para registrar dicha actividad se utiliza el electrocardiograma. [1]

Variables Principales:
El potencial registrado por el electrocardiógrafo tiene una amplitud aproximada de 1mV y se obtiene aplicando electrodos de registro de biopotenciales. El espectro en frecuencias de la señal electro-cardiográfica normalmente no tiene componentes arriba de los 60Hz en pacientes normales, por lo que se considera adecuado un ancho de banda de trabajo entre 0.05 y 150Hz para electrocardiógrafos.

Partes fundamentales:

• Circuito Acoplador de impedancias.
• Circuito Amplificador de la señal.
• Circuito de filtraje pasa-altas de frecuencia de corte de 0.05Hz
• Circuito de filtraje pasa-bajas de frecuencia de corte de 100Hz
• Circuito inversor de la señal.

Datos y Noticias actualizadas.

  • En la Universidad de Cambridge, a finales del año 2009, doctores e ingenieros eléctricos y electrónicos encontraron que propiamente las señales del corazón tienen una frecuencia que es inferior a los 60Hz. Tal investigación implica que los filtros de la mayoría de electrocardiógrafos se los realizara con rangos de frecuencias de corte menores.

  • El mas potente electrocardiógrafo portátil fue elaborado por la compaía Welch Allyn CardioPerfect y se denomina CER Pocket ECG, esta basado en la plataforma Windows CE (Pocket PC), le permite grabar ECGs con el software Welch Allyn en un Pocket PC. , consiste en un interfaz con el PC y uno de los registradores ECG de Welch Allyn CardioPerfect. Esteconjunto crea un dispositivo ECG muy pequeño para elgrabado, revisión y almacenamiento de ECGs. [2]

  • respecto a la historia: En 1842 el físico italiano Carlo Matteucci, profesor en la Universidad de Pisa, muestra cómo la corriente eléctrica acompaña a cada latido cardíaco. Para esto, usó un nervio extraído de un anca de rana, empleándolo como sensor eléctrico. Cuando el músculo del anca se contraía se utilizada como signo visual de la actividad eléctrica.Los anatomistas Rudolph von Koelliker y Heinrich Muller, confirmaron en 1856 que una corriente eléctrica acompaña a cada latido, al aplicar un galvanómetro en la base y ápice de un ventrículo expuesto, haciendo una prueba semejante a la de Matteucci..En 1878 John Burden Sanderson, fisiólogo británico, junto a Frederick Page, mediante el uso de un electrómetro capilar registran la corriente eléctrica del corazón y demuestran que cuenta de dos fases (QRS y T).Hacia finales del siglo XIX, Auguste Waller, fisiólogo británico, fue el primero en acercarse al corazón bajo el punto de vista eléctrico y publica el primer electrocardiograma humano, registrado con un galvanómetro capilar.[3]

3.1 Amplificador de instrumentación:

Concepto: Es un dispositivo electrónico elaborado a partir de amplificadores operacionales. Sus características esenciales son: esta diseñado para tener una alta impedancia de entrada, se lo utiliza para minimizar el error de medida, presenta un alto rechazo al modo común que se denomina CMRR, se puede conseguir a base de componentes discretos o a base de un encapsulado. La operación principal que realiza es la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor [4].

Estructura y configuración principal: En la siguiente figura se muestra la estructura de un amplificador. La configuración mas utilizada como amplificador de instrumentación es aquella en la cual está constituido por tres amplificadores operacionales utilizados de acuerdo con el esquema de la figura:




4. MONTAJE DEL ELECTROCARDIÓGRAFO:

4.1 Adquisición: Mediante electrodos se obtienen las señales de: brazo derecho (RA), brazo izquierdo (LA), pierna izquierda (LL), pierna derecha (RL) y pecho (C).

4.2 Amplificación: La amplificación de la señal RA o (BPD) se hizo con la utilización de un amplificador de instrumentación TLO82 y la amplificación de las demás señales se realizó con una ganancia de 73.64, ya que la resistencia del AD620 se la colocó de 680Ω mediante el uso de un AD620 y se utilizó una alimentación de +/- 12v.

4.3 Filtrado de la señal ECG: El filtrado de la señal se hizo con filtros pasa-altas y filtro-pasa bajas de cuarto orden; con frecuencias de corte comprendidas en el rango de 0.05Hz-100Hz.

4.4 Inversión de la señal: Debido a que la señal después de pasar por la etapa de amplificación y de filtrado, la señal sale invertida; entonces se realizó un circuito con amplificadores en configuración inversora para que la señal salga correctamente.


4.5Diagrama General del CtO.

4.7 Materiales Usados:
• Condensadores de tantalio:
-5 de 1uf -2 de 0.01uf -2 de 0.02uf
• Resistencias:
-2 de 22kΩ -3 de 5kΩ
-1 de 5MΩ -1 de 10kΩ
-1 de 2MΩ -1de 680Ω
-1 de 51k -1 de240k
-1 de 43k -1 de 300k
-2 de100k -2 de 10k
-1 de 2.7M -1 de 3.3M
-1 de 2.2M -1 de 4.7M
• Fuente dual de 12 v y -12v
• Amplificador de instrumentación AD620
• 4 Amplificador de instrumentación Tl082
• 6 Electrodos
• Osciloscopio Digital

5. RESULTADOS Y SEÑAL OBTENIDA:

La señal obtenida mediante un osciloscopio digital, fue relativamente buena ya que el filtrado de la señal fue bueno. En esta señal se presenta claramente el complejo QRS Y T; que son las más comunes: la señal obtenida fue la siguiente:


















6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
• La realización de un electrocardiógrafo implica la aplicación de múltiples conocimientos de electrónica y en su ejecución se debe considerarse lo siguiente: Es mejor utilizar filtros de un orden mayor; ya que entre mayor sea su orden mayor es la atenuación y por lo tanto mayor es el filtraje, el amplificador de instrumentación es mejor implementarlo que utilizar un cto. Integrado, es bastante útil utilizar condensadores de tantalio ya que presentan un error muy menor a los condensadores electrolíticos.

• Básicamente para realizar un electrocardiógrafo elemental simplemente se tienen en cuenta tres etapas: etapa de acople de impedancias, etapa de amplificación y etapa de filtrado de la señal ECG

• Si hubiese habido mas tiempo para la realización de este proyecto, hubiese sido demasiado interesante expandirlo este proyecto y realizar un electrocardiógrafo con muchas más derivaciones y filtros con un orden muy superior y utilizar un cto. rechazabanda. Pero el proyecto en sí provocó que se aprendiera bastante del gran mundo de la electrónica.
• Para evitar el ruido de 60Hz de la línea eléctrica es bastante necesario utilizar como fuente pilas, para asi no tener que hacer un filtro Notch.

• El circuito integrado Tl082, es bastante aceptable para utilizarlo en la adecuación de filtros pasabandas y además es bastante económico comparado con los demás amplificadores.

• El proyecto fue bastante productivo, ya que abarca múltiples temas en su realización y agradecemos la propuesta de este proyecto a la profesora Martha Cuasquer.


7. REFERENCIAS:

[1].http://es.wikipedia.org/wiki/Electrocardi%C3%B3grafo.

[2].http://www.welchallyn.com/cardiopulmonary/Spanish/Pocket%20ECG/product%20brochure/CC%20Pocket%20PC%20ECG%28sp%29.pdf

[3].http://www.electrocardiograma.org/historia-del-electrocardiografo.html

[4].http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_de_instrumentaci%C3%B3n

[5]. http//. www.datasheetcatalog.com
www.slideshare.net/.../